Какви са рисковете от замърсяване при ниски скорости на потока в PTFE обменник и как могат да бъдат управлявани?

Ако скоростта на потока се намали до пълзене, спадът на налягането ще бъде нисък, но също така ще позволи суспендираните материали да се утаят и биофилмите да растат върху повърхностите на PTFE тръбата. PTFE топлообменник, който е хидравлично достатъчен, може да се превърне в-склонна към замърсяване система, ако скоростта спадне твърде ниско за условия на само-почистващ поток.

Механизми на замърсяване при условия на нисък поток
Механизмите на замърсяване са много по-различни в PTFE топлообменник с ниска скорост на потока, отколкото при нормални работни условия. Когато скоростта от страната на тръбата се намали под около 0,5 m/s, енергията на потока вече не е достатъчна, за да задържи увлечените суспендирани частици.

В този момент твърдите частици започват да се утаяват от гравитацията. Скоростта на утаяване се определя от размера на частиците, плътността и вискозитета на течността. По-тежките или по-големи частици ще се утаят първо в зони с ниска енергия като дъна на тръби или стационарни зони.

Микробният растеж може също да възникне, ако хранителните вещества са налични в работния флуид. В крайна сметка бактериите ще се придържат към повърхностите и ще изградят биофилми. Тези биофилми образуват изолационен слой, който намалява ефективността на преноса на топлина и влияе върху хидравличното съпротивление.

PTFE има ниска повърхностна енергия и естествено проявява по-малко адхезия от металните повърхности. Въпреки това, PTFE не предотвратява замърсяването в случаите, когато хидродинамичните сили не са достатъчни, за да предотвратят отлагането.

Нетното въздействие е постепенна загуба на топлинна ефективност и бавно увеличаване на спада на налягането поради блокиране на вътрешни повърхности.

Само{0}}поведение на самопочистване и праг-на дебита
Скоростта на потока е основната характеристика, която управлява опасността от замърсяване в топлообменниците. Силите на срязване при стената над критична стойност възпрепятстват отлагането на частици и непрекъснато премахват замърсяващите слоеве в ранен стадий.

Този ефект на самопочистване се губи под около 0,5 m/s. Този праг често се приема като практическа долна граница за приемлива работа при доставка на чиста вода. При течности, натоварени с суспензия или частици, са необходими по-високи минимални скорости, обикновено над 1,0 m/s, за да се поддържа суспензията и да се избегне утаяването.

Замърсяването е-независимо от времето и обратимо над тези граници, и зависи от времето-и е по-трудно за обръщане под тези прагове.

Ефекти от замърсяване с ниска скорост
Ефектите от замърсяването при условия на нисък поток включват:

Изолационните отлагания намаляват коефициента на топлопреминаване

По-малките канали на потока означават по-висок спад на налягането

Неравномерно разпределение на потока в тръбните снопове

Ускорена корозия или влошаване, причинено от микроби в уязвими системи

Тези ефекти са кумулативни, което води до намаляване на ефективността на топлообменниците и увеличаване на честотата на поддръжка.

Проектиране и експлоатационни алтернативи за смекчаване
Управлението на риска от ниска скорост на потока от замърсяване на PTFE топлообменника включва комбинация от хидравличен дизайн, химически контрол и дизайн за поддръжка.

Поддържане на минимална скорост
Една от основните цели на дизайна е да се поддържа достатъчна скорост от страната на тръбата, за да се осигури само{0}}почистващо действие. Добро практическо правило е:

Minimum tube side velocity >=0.5 m/sec (чиста течност)

Предпочитана проектна скорост По-голяма или равна на 1,0 m/s за надеждно само-почистване

При проектирането на системата трябва да се избягва- дългосрочна работа под тези нива.

Оптимизиране на диаметъра на тръбата
Скоростта за даден дебит се влияе пряко от диаметъра на тръбата. За даден обемен поток по-малките диаметри на тръбата водят до по-високи скорости, увеличавайки силите на срязване на стената и намалявайки потенциала за замърсяване.

Този метод на проектиране често е по-успешен от разширяването на размера на тръбата, тъй като това допълнително ще намали скоростта и ще увеличи риска от отлагане.

Рециркулация и контрол на потока
Ако поради ограничения на процеса се изисква нисък нетен поток, могат да се добавят рециркулационни контури. Чрез увеличаване на скоростите на вътрешна циркулация, като същевременно се поддържа ниска нетна производителност, може да се запази достатъчна скорост в тръбите на обменника.

Това често се използва в чувствителни химични и биохимични процеси, където ниският общ поток е неизбежен.

Управление на химическото замърсяване
Биологичното замърсяване и замърсяването с котлен камък често се контролират чрез техники за химическо третиране. Това са:

Биоциди за контрол на микробния растеж

Анти{0}}скаланти за предотвратяване на отлагането на минерали

Техники за периодично почистване на място (CIP).

Химическият контрол е важен въпрос в много индустриални приложения, въпреки ниските адхезивни качества на PTFE.

Дизайн за почистване
Топлообменниците трябва да са конструирани за лесно механично или химическо почистване. Това е за:

Прави тръбни конструкции, където е възможно

Достъпни колектори за проверка и промиване

Съвместимост с CIP системи.

Поддръжката е проектирана така, че да намали времето за престой и да минимизира дългосрочното натрупване на замърсяване.

Правило за насоки за дизайн--на палец
Инженерното практическо ръководство за минимизиране на риска от замърсяване е:

За оптимално-поведение на самопочистване е необходима минимална скорост на страната на тръбата от приблизително. 1.0 m/s.

Този праг дава граница на безопасност, която намалява чувствителността към натоварване с частици, образуване на биофилм и неправилно разпределение на потока.

Заключение
Условията на нисък поток са основен проблем за замърсяване на PTFE топлообменниците поради утаяване на частици и развитие на биофилм, когато скоростта е под критичните нива. PTFE повърхностите намаляват склонността към адхезия, но не могат да компенсират недостатъчното хидродинамично срязване.

Смекчаването може да бъде ефективно, ако се вземат проактивни съображения при проектирането, като управление на скоростта, оптимизиране на размера на тръбите, химическо третиране и планиране на поддръжката. Най-добрият контрол върху риска от замърсяване е инженерният дизайн, а не незалепващите качества на материала.

В крайна сметка най-добрите системи за топлообменник са тези, създадени да избягват замърсяването на първо място при очаквани работни условия, а не тези, които зависят от-коригиращи мерки след замърсяването.